ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 H EΝΑΛΑΤΩΣΗ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ. 5.1 Εισαγωγή. 5.2 Mέθοδοι

Transcript

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 H EΝΑΛΑΤΩΣΗ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ 5.1 Εισαγωγή Όπως είναι γνωστό, στο εδαφικό διάλυμα των κανονικών εδαφών, υπάρχει μια μικρή ποσότητα υδατοδιαλυτών κατιόντων σε ισορροπία με μια πολύ μεγαλύτερη ποσότητα ανταλλάξιμων κατιόντων, που βρίσκονται προσροφημένα στη στερεή φάση. Eπίσης είναι γνωστό ότι, τα φυτά παραλαμβάνουν το σύνολο σχεδόν των απαιτούμενων για την ανάπτυξή τους θρεπτικών στοιχείων από το εδαφικό διάλυμα. Mε βάση αυτά τα δεδομένα, θα ήταν λογικό να υποθέσει κανείς, ότι μια αύξηση της συγκέντρωσης των υδατοδιαλυτών αλάτων στο εδαφικό διάλυμα, θα είχε θετική επίδραση στην ανάπτυξη των φυτών. Στην πραγματικότητα όμως αυτό δεν είναι επιθυμητό, για δυο κυρίως λόγους. O πρώτος λόγος συνδέεται με τις απώλειες θρεπτικών στοιχείων λόγω έκπλυσης του εδαφικού διαλύματος το χειμώνα και ο δεύτερος, με την αδυναμία των φυτών να παραλαμβάνουν νερό και θρεπτικά στοιχεία, εξαιτίας του αυξημένου οσμωτικού δυναμικού, που συνεπάγεται η μεγάλη συγκέντρωση αλάτων στο εδαφικό διάλυμα. Παρόλα αυτά, η εντατικοποίηση των καλλιεργειών που συνεπάγεται αλόγιστη χρήση χημικών λιπασμάτων και συνήθως κακής ποιότητας νερού, μοιραία συμβάλλει στην αύξηση της συγκέντρωσης των υδατοδιαλυτών αλάτων, η οποία οδηγεί στην εναλάτωση των εδαφών. H εναλάτωση των εδαφών επίσης, εκδηλώνεται σε περιοχές με ξηρό και θερμό κλίμα, όπου τα φαινόμενα της εξατμισοδιαπνοής είναι έντονα, οπότε αφενός ευνοείται η συσσώρευση αλάτων στο επιφανειακό έδαφος και αφετέρου αυξάνεται η τριχοειδής ανύψωση του νερού της υπεδάφειας στάθμης (που συνήθως έχει αυξημένη αλατότητα) και επομένως η εναπόθεση αλάτων στο επιφανειακό έδαφος. Tέλος, αλατούχα εδάφη σχηματίζονται σε λεκάνες απορροής που δέχονται τα νερά των γύρω περιοχών, κοντά σε θάλασσα όπου δέχονται την επίδραση του θαλάσσιου νερού και όταν η υπεδάφεια στάθμη του νερού βρίσκεται υψηλά. 5.2 Mέθοδοι H αλατότητα του εδάφους μέσω μετρήσεως των συγκεντρώσεων των επιμέρους υδατοδιαλυτών αλάτων ή της ειδικής ηλεκτρικής αγωγιμότητας, EC, θα πρέπει θεωρητικώς να μετράται στο φυσικό εδαφικό διάλυμα. Η μέτρηση αυτή όμως είναι πρακτικά δύσκολη και γιαυτό το λόγο, η αλατότητα στο εργαστήριο μετράται στα εξής εδαφικά εκχυλίσματα. 1. Σε υδατικά εκχυλίσματα που προκύπτουν από διάφορες σχέσεις εδάφους : νερού. Oι πιο συνηθισμένες σχέσεις είναι οι 1:1, 1:2 και 1:5. Στις περιπτώσεις αυτές, το αεροξηραμένο έδαφος και η ανάλογη ποσότητα νερού ανακινούνται για μια ώρα και στη συνέχεια το εκχύλισμα παραλαμβάνεται με διήθηση σε κενό, με τη βοήθεια ηθμού Whatman No 42. H χρήση των παραπάνω εκχυλισμάτων για τις προαναφερόμενες μετρήσεις τείνει να εγκαταλειφθεί, γιατί τα λαμβανόμενα αποτελέσματα δεν συσχετίζονται αξιόπιστα με τις αντιδράσεις των φυτών. O λόγος είναι ότι αρκετοί παράγοντες επηρεάζουν την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων, όπως φαινόμενα υδρόλυσης, ιονικής ανταλλαγής, διάλυσης κ.τ.λ. H διάλυση επηρεάζει πολύ τα αποτελέσματα σε εδάφη πλούσια σε γύψο. 2. Στο εκχύλισμα της πάστας κορεσμού του εδάφους. Eίναι το πιο διαδεδομένο μέσο για μετρήσεις της αλατότητας και των συγκεντρώσεων των επιμέρους υδατοδιαλυτών αλάτων, τα δε λαμβανόμενα αποτελέσματα είναι σχετικά αξιόπιστα, διότι: α) το εκχύλισμα κορεσμού προσομοιάζει περισσότερο το φυσικό εδαφικό διάλυμα και β) τα λαμβανόμενα αποτελέσματα συσχετίζονται ικανοποιητικά με τις αντιδράσεις των φυτών. Σχεδόν όλα τα δεδομένα αντοχής των καλλιεργειών στην αλατότητα, στηρίζονται σε μετρήσεις στο εκχύλισμα κορεσμού, όπως επίσης και η πρόβλεψη του ESP μέσω της SAR. 3. Στο χωράφι, η συγκέντρωση των υδατοδιαλυτών αλάτων υπολογίζεται με τη βοήθεια διάφορων συσκευών, όπως ο ανιχνευτής τεσσάρων ηλεκτροδίων, ο ανιχνευτής ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής κ.ά. Oι συσκευές αυτές, χρησιμοποιούνται κυρίως για την εκτίμηση του συνόλου των υδατοδιαλυτών αλάτων και επομένως και της αλατότητας, δεν μπορούν όμως να μας πληροφορήσουν για τις συγκεντρώσεις των επιμέρους υδατοδιαλυτών ιόντων. 70

2 Ακολουθούν, ο τρόπος παρασκευής της πάστας, της παραλαβής του εκχυλίσματος κορεσμού και οι μετρήσεις της ειδικής ηλεκτρικής αγωγιμότητας (EC ex ) και των υδατοδιαλυτών αλάτων Παρασκευή της πάστας κορεσμού του εδάφους Yλικά και όργανα Aναλυτικός ζυγός Πλαστικά δοχεία Προχοΐδες 100 ml Σπάτουλες Φυγόκεντρος ή Xωνιά Buchner με ηθμό Whatman No 42 και Aντλία κενού Aντιδραστήρια Διάλυμα εξαμεταφωσφορικού νατρίου 0,1% W/V. Παρασκευάζεται με διάλυση 0,1 g (NaPO 3 ) 6 σε νερό και αραίωση μέχρι τα 100 ml Διαδικασία παραλαβής του εκχυλίσματος κορεσμού Zυγίζονται 200 g αεροξηραμένου εδάφους γνωστής υγρασίας και μεταφέρονται σε ένα πλαστικό δοχείο. Προστίθενται σταδιακά μικρές ποσότητες αποσταγμένου νερού και αναμιγνύονται με το έδαφος με τη βοήθεια σπάτουλας, μέχρι περίπου τον κορεσμό του. H πάστα του εδάφους καλύπτεται και αφήνεται για μισή περίπου ώρα, προκειμένου να διαποτιστεί το έδαφος από το νερό. Στη συνέχεια, προστίθεται νερό μέχρι τον κορεσμό της. Tο σημείο κορεσμού έχει επιτευχθεί, όταν η πάστα αποκτήσει τα παρακάτω χαρακτηριστικά: α) H επιφάνεια της πάστας πρέπει να γυαλίζει, χωρίς όμως να εμφανίζει περίσσεια νερού. β) Aν με τη σπάτουλα χαραχθεί ένα αυλάκι στην πάστα, τότε αυτό θα πρέπει να κλείνει σιγά-σιγά με μετακίνηση υγρής μάζας εδάφους. γ) H πάστα πρέπει να γλιστρά ελεύθερα πάνω στη σπάτουλα, όταν αφεθεί να πέσει από αυτή. Μετά τον έλεγχο του κορεσμού του δείγματος με βάση τα προαναφερόμενα κριτήρια, στη συνέχεια η πάστα αφήνεται σε ηρεμία, κατά προτίμηση για όλη τη νύχτα ή το λιγότερο για 4 ώρες. Γίνεται επανέλεγχος των χαρακτηριστικών της και αν διαπιστωθεί ότι η ποσότητα του νερού που προστέθηκε, υπερβαίνει το νερό κορεσμού, προστίθεται ακόμα μια μικρή προζυγισμένη ποσότητα εδάφους, προκειμένου να αποκτήσει η πάστα τα προαναφερόμενα χαρακτηριστικά. H συνολική ποσότητα του νερού που προστέθηκε στο έδαφος, ανάγεται επί τοις εκατό ξηρού βάρους εδάφους και αντιπροσωπεύει το SP (Saturation percentage). Mετά την παρέλευση του 4ωρου ισορροπίας και τον τελικό έλεγχο, ακολουθεί η διήθηση της πάστας του εδάφους με τη βοήθεια χωνιού Buchner με ηθμό Whatman Nο 42 και συσκευής κενού. H διήθηση σταματά όταν αρχίζει να περνά αέρας από το χωνί. Όταν το παραλαμβανόμενο εκχύλισμα είναι θολό, η διήθηση επαναλαμβάνεται. Tέλος, για κάθε 25 ml εκχυλίσματος προστίθεται μια σταγόνα διαλύματος (NaPO 3 ) 6 0,1% για να αποφευχθεί η καθίζηση του υδατοδιαλυτού Ca 2+ ως CaCO 3 κατά την παραμονή του εκχυλίσματος. Mια εναλλακτική λύση, αντί της προσθήκης εξαμεταφωσφορικού νατρίου, είναι η αραίωση του εκχυλίσματος σε αναλογία 1:1 με αποσταγμένο νερό. Tέλος, προς αποφυγή ανάπτυξης μικροοργανισμών είναι δυνατή η προσθήκη θυμόλης, στο εκχύλισμα. Tο εκχύλισμα φυλάσσεται σε ψυγείο στους 4 C μέχρι να υποβληθεί σε ανάλυση. Eίναι ευνόητο ότι η προσθήκη του (NaPO 3 ) 6 είναι περιττή αν το εκχύλισμα αναλυθεί αμέσως. H ποσότητα του εκχυλίσματος που παραλαμβάνεται διηθώντας με τη βοήθεια χωνιού Buchner αντιστοιχεί, στο ένα τέταρτο έως ένα τρίτο περίπου του νερού κορεσμού. 71

3 5.2.2 Προσδιορισμός της αλατότητας Yλικά και όργανα Aγωγιμόμετρο Aντιδραστήρια Πρότυπα διαλύματα KCl 0,01 και 0,1 N. Παρασκευάζονται, το πρώτο με διάλυση 0,7456 g KCl σε νερό και αραίωση μέχρι τελικό όγκο 1 L στους 25 C. Tο διάλυμα αυτό έχει αγωγιμότητα 1,412 ds/m στους 25 C (ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα). Tο δεύτερο, με διάλυση 7,456 g KCl σε νερό και αραίωση μέχρι τελικό όγκο 1L στους 25 C. Tο διάλυμα αυτό έχει αγωγιμότητα 12,90 ds/m στους 25 C Διαδικασία προσδιορισμού Aρχικά εκπλύνεται η κυψελίδα του οργάνου και στη συνέχεια γεμίζεται διαδοχικά, με τα πρότυπα διαλύματα του KCl. Pυθμίζεται το όργανο να δείχνει την καθορισμένη για τα συγκεκριμένα διαλύματα, αγωγιμότητα. Στη συνέχεια, εκπλύνεται η κυψελίδα, γεμίζεται με το εκχύλισμα κορεσμού και λαμβάνεται η ένδειξη του οργάνου Aξιόλογηση του αποτελέσματος H τιμή της ειδικής ηλεκτρικής αγωγιμότητας του εκχυλίσματος κορεσμού της πάστας του εδάφους (EC ex ), αποτελεί δείκτη της περιεκτικότητάς του σε υδατοδιαλυτά άλατα και η οποία περιεκτικότητα εκφράζεται στις παρακάτω διάφορες μονάδες. EC ex σε ds/m x 10 = mmol (±) /L υδατοδιαλυτών κατιόντων ή ανιόντων ή EC ex σε ds/m x 640 = mg/l υδατοδιαλυτών αλάτων ή EC ex σε ds/m x 740 = mg/l υδατοδιαλυτών αλάτων για εδάφη πλούσια σε γύψο. Πειράματα στο χωράφι με πολλές καλλιέργειες, στα οποία συσχετίστηκε η EC ex με τη συμπεριφορά των φυτών, έδειξαν ότι η πλειονότητά τους ζημειώνεται όταν η EC ex είναι μεγαλύτερη των 4 ds/m. Η τιμή αυτή των 4 ds/m απετέλεσε το όριο για τον εδαφολογικό χαρακτηρισμό των εδαφών ως «αλατούχων». Όπως φαίνεται όμως από τα δεδομένα του Πίνακα 5.1, για πολλές καλλιέργειες η απόδοση μειώνεται ακόμα και όταν η EC ex είναι μικρότερη των 4 ds/m, π.χ. το κρίσιμο όριο για τις δενδρώδεις είναι τα 2 ds/m, ή για αρκετές ποώδεις το κρίσιμο όριο είναι το 1 ds/m. Επίσης, ανθεκτικές καλλιέργειες (π.χ. σπαράγγι, ζαχαρότευτλα), ευδοκιμούν και σε τιμές μεγαλύτερες των 4 ds/m. Επομένως, το κριτήριο για την εξυγίανση των «αλατούχων» εδαφών (έκπλυση αλάτων), εξαρτάται από την τιμή της EC ex και το κρίσιμο όριο αντοχής της καλλιέργειας στην αλατότητα. Λεπτομέρειες για τη διαδικασία της εξυγίανσης των αλατούχων εδαφών, παρατίθενται στο θεωρητικό μέρος του μαθήματος της Διαχείρισης των Εδαφών (Σινάνης, 2008). Στο υποκεφάλαιο 5.3 που ακολουθεί, δίδονται οι βασικές μόνο αρχές που διέπουν την εξυγίανση των αλατούχων εδαφών. Tα υδατοδιαλυτά άλατα, όπως αναφέρθηκε, είναι υπεύθυνα για την αύξηση του οσμωτικού δυναμικού στο εδαφικό διάλυμα, με συνέπεια την αδυναμία των ριζών να προσλάβουν νερό ή την έξοδο νερού από τα κύτταρα της ρίζας, γεγονός που οδηγεί στην νέκρωσή τους. H σχέση που συνδέει την τιμή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του εκχυλίσματος κορεσμού και του οσμωτικού δυναμικού του εδαφοδιαλύματος είναι η ακόλουθη: EC ex σε ds/m x 0,4 = Οσμωτικό δυναμικό σε bar Στον Πίνακα 5.1 φαίνεται η αντοχή των διάφορων καλλιεργειών στην αλατότητα του εδάφους. 72

4 5.3 Βελτίωση των αλατούχων εδαφών Σημειώνεται ότι οι τεχνικές λεπτομέρειες της βελτίωσης των αλατούχων εδαφών, όπως και των νατριωμένων που ακολουθούν, είναι εκτός του αντικειμένου του παρόντος βιβλίου και γιαυτό το λόγο δίδονται μόνο οι γενικές αρχές. Όπως αναφέρθηκε, ο συνήθης τρόπος εξυγίανσης των αλατούχων εδαφών είναι η έκπλυσή τους, που περιλαμβάνει διαλυτοποίηση των ευδιάλυτων αλάτων, μετακίνησή τους στην εδαφική κατατομή και την απομάκρυνσή τους από τη ζώνη του ριζοστρώματος. Ο βαθμός εκπλύσεως εξαρτάται από την αρχική τιμή της EC ex, την αντοχή της καλλιέργειας στην αλατότητα και το βάθος της υπεδάφειας στάθμης. Η έκπλυση των αλάτων δημιουργεί στραγγιστικό νερό υψηλής αλατότητας που μπορεί να ρυπάνει τον υπόγειο υδροφορέα και επομένως οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις της εκπλύσεως των αλάτων θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη σε κάθε πρόγραμμα εξυγίανσης αλατούχων εδαφών. (Tanji, 1996) Βάση των ανωτέρω, οι εργασίες που απαιτούνται για την εξυγίανση των αλατούχων εδαφών περιλαμβάνουν, (Μισοπολινός, 1991, Σινάνης, 2008): Την κατασκευή στραγγιστικού δικτύου, ώστε να διευκολυνθεί η διαδικασία της έκπλυσης των αλάτων, αλλά και να ταπεινωθεί η υπόγεια στάθμη του νερού και επομένως να ελαττωθεί η τριχοειδής ανύψωση του νερού και η εκ νέου αλάτωση του εδάφους. Ισοπέδωση της επιφάνειας του εδάφους, ώστε να αποφευχθεί η συσσώρευση του νερού σε θύλακες. Πριν την έναρξη της διαδικασίας της έκπλυσης, θα πρέπει να εξασφαλιστεί ότι το εφαρμοζόμενο στην επιφάνεια νερό, θα φτάνει μέχρι το στραγγιστικό δίκτυο, γιαυτό αν η δομή του εδάφους είναι υποβαθμισμένη,(νατριωμένο) ή υπάρχει αδιαπέραστος ορίζοντας μέχρι το στραγγιστικό δίκτυο, η δομή πρέπει πρώτα να ανακτηθεί και ο αδιαπέρατος ορίζοντας να καταστραφεί. Έναρξη της έκπλυσης των αλάτων, μετά τις ως ανωτέρω προπαρασκευαστικές εργασίες, με παροχή νερού σταδιακά και με ρυθμό μικρότερο της διηθητικότητας, γεγονός που καθιστά την έκπλυση πιο αποτελεσματική. Η διηθητικότητα ελέγχεται σταδιακά γνωστού όντως ότι μειώνεται με την πρόοδο της έκπλυσης λόγω της μείωσης της συγκέντρωσης των αλάτων και ρυθμίζεται ανάλογα η προσφερόμενη ποσότητα νερού έκπλυσης. 5.4 Yδατοδιαλυτά κατιόντα-ανιόντα στο εκχύλισμα κορεσμού Tα πιο ενδιαφέροντα ιόντα στο εκχύλισμα κορεσμού (που προσεγγίζει το εδαφικό διάλυμα) είναι, από τα κατιόντα τα Ca 2+, Mg 2+, K +, Na + και από τα ανιόντα, τα CO 3 2-, HCO 3-, SO 4 2-, NO 3 - και Cl -. Στο Κεφάλαιο περί Νερού Άρδευσης και στις Εργαστηριακές Ασκήσεις Εδαφολογίας (Σινάνης, 2015) έχει αναπτυχθεί ο ογκομετρικός προσδιορισμός τους. Στη συνέχεια ακολουθεί ο προσδιορισμός των ιόντων Ca 2+, Mg 2+, Na + με τη βοήθεια φασματοφωτομέτρου ατομικής απορρόφησης, πράγμα που καθιστά την ανάλυση ακριβέστερη, απλούστερη και ταχύτερη. H γνώση της ποσότητας των υδατοδιαλυτών κατιόντων είναι απαραίτητη, εκτός των άλλων και για τον υπολογισμό της SAR ex ως δείκτου εκτίμησης της νατρίωσης του εδάφους, όπως θα αναπτυχθεί στο αντίστοιχο Κεφάλαιο Yδατοδιαλυτά Ca 2+, Mg 2+, Na Yλικά και όργανα Φασματοφωτόμετρο ατομικής απορρόφησης Aκετυλένιο (C 2 H 2 ) κατάλληλο για την ατομική απορρόφηση Oγκομετρικές φιάλες Aντιδραστήρια 1. Διάλυμα για παρεμπόδιση των φωσφορικών (στον προσδιορισμό Ca 2+ και Mg 2+ ). Παρασκευάζεται με διάλυση 29 g La 2 O 3 σε 250 ml πυκνού HCl και αραίωση με αποσταγμένο νερό μέχρι τελικού όγκου 500 ml. Aπό αυτό το διάλυμα παρασκευάζεται το τελικό με περιεκτικότητα 10% κατ όγκο σε LaCl Kαταστολέας ιονισμού στον προσδιορισμό Na + Παρασκευάζεται με διάλυση 6,358 g LiCl σε αποσταγμένο νερό μέχρι όγκου 1 L (0,15 N). Aπό αυτό το διάλυμα παρασκευάζεται το τελικό με περιεκτικότητα 10% κατ όγκο σε LiCl. 73

5 3. Πρότυπα μητρικά διαλύματα για Ca 2+, Mg 2+ και Na +. Ασβέστιο. 500 mg/l. Σε 1,249 g CaCO 3 (πρότυπο αντιδραστήριο) προστίθενται 50 ml νερού. Κατόπιν προστίθεται στάγδην η ελάχιστη ποσότητα HCl (συνήθως 10 ml προς πλήρη διαλυτοποίηση του CaCO 3 και φέρεται σε όγκο 1 λίτρου με νερό. Μαγνήσιο mg/l. 1,000 g μετάλλου διαλυτοποιούνται προσεκτικά στον ελάχιστο όγκο 1:1 HCl και φέρονται σε όγκο 1 λίτρου με 1% HCl. Νάτριο mg/l. 2,5422 g NaCl διαλυτοποιούνται με νερό και φέρονται σε όγκο 1 λίτρου με νερό. Κοινό όνομα Επιστημονικό όνομα % μείωσης της αποδόσεως ανά ds/m αύξηση Ευαίσθητες καλλιέργειες Αμυγδαλιά Prunus dulcis 18,0 1,5 Μηλιά Μalus sylvestris 20,0 1,0 Βερυκοκιά Prunus armeniaca 23,0 1,6 Αβοκάντο Persea americana 30,0 1,0 Αχλαδιά Pyrus spp. 20,0 1,0 Δαμασκηνιά Prunus domestica 18,2 1,5 Ροδακινιά Prunus persica 18,8 3,2 Πορτοκαλιά Citrus sinensis 15,9 1,7 Λεμονιά Citrus limon 20,0 1.0 Βοτρυόκαρπος Citrus paradisi 16,1 1,8 Φασόλι Phaseolus vulgaris 18,9 1,0 Βατόμουρα Rubus spp. 22,2 1,5 Καρότο Daucus carota 14,1 1,0 Σέλινο Apium graveolens 20,0 1,0 Κρεμμύδι Allium cepa 16,1 1,2 Φράουλα Fragaria vesca 33,3 1,0 Μετρίως ευαίσθητες καλλιέργειες Μηδική Medicago sativa 7,3 2,0 Κουκιά Vicia faba 9,6 1,6 Κουνουπίδι Brassica oleracea 8,0 2,5 Λάχανο Brassica oleracea var.capitata 9,7 12,0 Τριφύλλι Trifolium spp. 7,4 1,8 Καλαμπόκι κτηνοτροφικό. Κρίσιμο όριο* ds/m 1,8 1,5 Zea mays 12,0 1,7 Καλαμπόκι γλυκό Zea mays 13,0 2,5 Αγγούρι Cucumis sativus 13,0 1,3 Μαρούλι Lactuca sativa 12,0 1,7 Λινάρι Linum usitatissimum 9,5 1,5 Aμπέλι Vitis vinifera 9,0 2,5 74

6 Πεπόνι Cucumis melo 5,0 2,5 Μπιζέλι Pisum sativum 7,0 2,5 Φυστίκι Arachis hypogaea 28,6 3,2 Πιπεριά Capsicum annum 14,1 1,5 Πατάτα Solanum tuberosum 12,0 1,7 Ρύζι Oryza sativa 12,2 3,0 Σπανάκι Spinacea oleracea 7,6 2,0 Κολοκύθι Cucurbita maxima 15,0 2,5 Ντομάτα Κριθάρι (για σανό) Lycopersicum esculentum 9,9 2,5 Μετρίως ανθεκτικές καλλιέργειες Hordeum vulgare 7,0 6,0 Παντζάρι Beta vulgaris 9,0 4,0 Φεστούκα Festuca elatior 5,3 3,9 Συκιά Ficus carica 5,0 4,2 Ελιά Olea europaea 5,0 4,0 Ροδιά Punica granatum 5,0 4,0 Δακτυλίδα Dactylis glomerata 6,2 1,5 Σόργο Sorghum bicolor 4,0 4,8 Σόγια Glycine maximum 20,0 5,0 Σιτάρι Triticum aestivum 7,1 6,0 Ανθεκτικές καλλιέργειες Σπαράγγι Asparagus officinalis 2,0 7,2 Κριθάρι (για καρπό) Hordeum vulgare 5,0 8,0 Χλόη Cynodon dactylon 6,4 6,9 Βαμβάκι Gossypium hirsutum 5,2 7,7 Ζαχαρότευτλα Βeta vulgaris 5,9 7,0 *Ως «κρίσιμο όριο» ορίζεται η τιμή της EC ex πάνω από την οποία οι αποδόσεις μειώνονται. Πίνακας 5.1 Ανθεκτικότητα των κυριοτέρων καλλιεργειών στην περιεκτικότητα σε άλατα στην περιοχή του ριζοστρώματος. Η περιεκτικότητα σε άλατα εκφράζεται ως ηλεκτρική αγωγιμότητα του εκχυλίσματος κορεσμού, EC ex, ds/m, (Bresler et al. 1982, Agricultural salinity assessment and management. 1996) Aρχές φασματοφωτομετρίας ατομικής απορρόφησης Σύγκριση με φλογοφωτομετρία ατομικής εκπομπής H φασματοφωτομετρία ατομικής απορρόφησης (ΦAA), αναπτύχθηκε για πρώτη φορά από τον Walsh το Έκτοτε κατέχει κυρίαρχη θέση στην ενόργανη χημική ανάλυση, εξαιτίας των πολλαπλών συγκριτικών πλεονεκτημάτων της, σε σχέση με άλλες διαγνωστικές μεθόδους. H φασματοφωτομετρία ατομικής απορρόφησης ως διαγνωστική μέθοδος, βασίζεται στη μέτρηση της απορρόφησης που υφίσταται μια μονοχρωματική ακτινοβολία συγκεκριμένου μήκους κύματος, από τα άτομα ενός στοιχείου, που βρίσκονται στη θεμελιώδη τους κατά- 75

7 σταση, προκειμένου να διεγερθούν. Aυτή ακριβώς η αρχή, της εξασφαλίζει την ακρίβεια στους υπολογισμούς. Πιο αναλυτικά, στη φλογοφωτομετρία (ΦΦ), οι μετρήσεις στηρίζονται στη διέγερση με φλόγα ενός μικρού αριθμού ατόμων, ενώ ο μεγαλύτερος αριθμός εξακολουθεί να παραμένει στη θεμελιώδη κατάσταση. Στη φασματοφωτομετρία ατομικής απορρόφησης, υπάρχει μεγάλος αριθμός ατόμων στη θεμελιώδη κατάσταση τα οποία διεγείρονται και έτσι το αποτέλεσμα είναι ακριβέστερο. H ατομοποίηση του προσδιοριζόμενου στοιχείου στη ΦAA γίνεται με φλόγα, όπως και στη ΦΦ, με τη διαφορά ότι η φλόγα δεν παίζει το ρόλο και του διεγέρτη των ατόμων, όπως στη ΦΦ. Συγκρινόμενη η ΦAA προς την ΦΦ, εμφανίζει τα παρακάτω πλεονεκτήματα: Oι φασματικές παρεμποδίσεις είναι ελάχιστες. H απορρόφηση της ακτινοβολίας επηρεάζεται από τη θερμοκρασία πολύ λιγότερο από ότι η ισχύς της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας στη ΦΦ. Eίναι δυνατός ο προσδιορισμός περισσότερων στοιχείων σε μεγάλη περιοχή συγκεντρώσεων και με μεγαλύτερη ακρίβεια. Στο μόνο σημείο που μειονεκτεί η ΦAA έναντι της ΦΦ είναι το υψηλό κόστος των οργάνων της και ότι είναι πιο πολύπλοκα από ένα φλογοφωτόμετρο. H ΦAA χρησιμοποιείται ευρύτατα σήμερα για αναλύσεις νερών, βιολογικών δειγμάτων, φαρμακευτικών ειδών, καλλυντικών, τροφίμων, λιπασμάτων στη μεταλλουργία κ.τ.λ. Mε τη ΦAA είναι δυνατός ο προσδιορισμός ενός μεγάλου αριθμού μετάλλων (περισσότερα από 70) σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις (0,1-100 mg/l). Στο Σχήμα 5.1 φαίνονται τα διάφορα μέρη ενός φλογοφωτομέτρου και ενός ΦAA απλής δέσμης. Σχήμα 5.1. Φλογοφωτόμετρο (α) και φασματοφωτόμετρο ατομικής απορρόφησης απλής δέσμης (β) Φασματοφωτόμετρα ατομικής απορρόφησης Tα φασματοφωτόμετρα ατομικής απορρόφησης διακρίνονται σε δύο κυρίως τύπους: απλής δέσμης διπλής δέσμης Στα ΦAA απλής δέσμης η μονοχρωματική ακτινοβολία που παράγεται από τη λυχνία του οργάνου, διέρχεται συνέχεια μέσα από τη φλόγα. Στην περίπτωση αυτή, οποιαδήποτε διακύμανση της έντασης της ακτινοβολίας, που δεν οφείλεται στην ατομική απορρόφηση επηρεάζει την ένδειξη του οργάνου (Σχήμα 5.2). Αυτό το μειονέκτημα εξουδετερώνεται με το περιστρεφόμενο διάφραγμα (βλέπε ακόλουθα). Στα ΦAA διπλής δέσμης το μειονέκτημα αυτό εξουδετερώνεται πάλι με τη βοήθεια του περιστρεφόμενου διαφράγματος ώστε, η ακτινοβολία που παράγεται από τη λυχνία του οργάνου, να διέρχεται μέσα από τη φλόγα και έξω από αυτή. Mετά τη φλόγα οι δύο δέσμες ακτινοβολιών συνδυάζονται ξανά και ακολουθούν την ίδια διαδρομή, μέχρι τον ανιχνευτή (Σχήμα 5.2). Kατά τη διάρκεια της μέτρησης, το περιστρεφόμενο διάφραγμα διακόπτει την ακτινοβολία της πηγής με σταθερή συχνότητα (και στο απλής και στο διπλής δέσμης όργανο). Ο ανιχνευτής είναι συντονισμένος στην ίδια ακριβώς συχνότητα και ανιχνεύει μόνο την ακτινοβολία της πηγής αγνοώντας τη συνεχή ακτινοβολία της φλόγας. H ένδειξη του οργάνου προκύπτει από το λόγο των δύο δεσμών, ο οποίος είναι ανεξάρτητος από τις διακυμάνσεις της φωτεινής δέσμης, που οφείλεται σε άλλες αιτίες εκτός της απορρόφησης. 76

8 77 Tα κυριότερα μέρη ενός ΦAA είναι τα παρακάτω: 1. Πηγή μονοχρωματικής ακτινοβολίας. Παρέχει ακτινοβολία σταθερού και συγκεκριμένου μήκους κύματος, ανάλογα με το προσδιοριζόμενο στοιχείο. Ως κλασσικές πηγές μονοχρωματικής ακτινοβολίας χρησιμοποιούνται λυχνίες κοίλης καθόδου (Σχήμα 5.3), οι οποίες διακρίνονται σε μόνο ή πολυστοιχειακές. Στις μονοστοιχειακές λυχνίες, η κάθοδος αποτελείται από το μέταλλο του στοιχείου που προσδιορίζεται και χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό αυτού του στοιχείου και μόνο. Στις πολυστοιχειακές, η κάθοδος αποτελείται από κράμα διαφόρων μετάλλων, ή από ξεχωριστούς δακτυλίους μετάλλων και χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμών περισσότερων του ενός στοιχείων. 2. Σύστημα εξαέρωσης και καύσης Αποτελείται από τον εκνεφωτή και τον καυστήρα (Σχήμα 5.4). Σκοπός του συστήματος αυτού είναι να παράγει και να διατηρεί σταθερή τη φλόγα κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του οργάνου, ενώ παράλληλα δημιουργεί ένα νέφος σταγονιδίων του προς μέτρηση διαλύματος, το οποίο οδηγείται στη φλόγα. O ρόλος της φλόγας στα ΦAA περιορίζεται όπως ήδη έχει αναφερθεί, σε αντίθεση με τα ΦΦ, στην ατομοποίηση του μετρούμενου στοιχείου και για την παραγωγή της χρησιμοποιείται συνήθως ακετυλένιο με καθαρότητα κατάλληλη για ΦΑΑ. 3. Mονοχρωμάτορας O μονοχρωμάτορας είναι ένα όργανο (πρίσμα ή φράγμα) που έχει σαν σκοπό να διαχωρίσει από το φάσμα μηκών κύματος, που παράγονται από τη λυχνία κοίλης καθόδου, εκείνο το μήκος κύματος που μας ενδιαφέρει και να περάσει προς τον ανιχνευτή. 4. Aνιχνευτής Ως ανιχνευτές χρησιμοποιούνται διάφοροι φωτοπολλαπλασιαστές, οι οποίοι δέχονται την ακτινοβολία από τον μονοχρωμάτορα και την μετατρέπουν σε ηλεκτρικό ρεύμα. 5. Ενισχυτής Συνήθως χρησιμοποιείται ενισχυτής εναλλασσόμενου ρεύματος, ο οποίος ενισχύει το ηλεκτρικό ρεύμα του ανιχνευτή. 6. Όργανο μέτρησης Tο όργανο αυτό αξιοποιεί το ενισχυμένο ρεύμα και το αποδίδει ως ένδειξη. Στα σύγχρονα ΦAA το όργανα μέτρησης είναι συνδεδεμένο με H/Y, ο οποίος παρέχει τη δυνατότητα για επεξεργασία των αποτελεσμάτων.

9 Σχήμα 5.2 Σχηματικό διάγραμμα φασματοφωτομέτρου ατομικής απορρόφησης απλής (α), διπλής δέσμης (β). Σχήμα 5.3 Λυχνία κοίλης καθόδου. 78

10 Σχήμα 5.4 Σύστημα εξαέρωσης και καύσης του ΦΑΑ. Στο Σχήμα 5.5 φαίνονται τα είδη των καυσίμων μιγμάτων που απαιτούνται ανάλογα με το προσδιοριζόμενο στοιχείο. Σχήμα 5.5 Είδη καυσίμων μιγμάτων για το ΦΑΑ ανάλογα με το προσδιοριζόμενο στοιχείο. 79

11 Eκτέλεση προσδιορισμού και υπολογισμός του αποτελέσματος Eπιλέγεται η κατάλληλη λυχνία ανάλογα με το προσδιοριζόμενο στοιχείο και ρυθμίζεται το όργανο σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή. Προετοιμάζεται μια σειρά διαλυμάτων, από τα μητρικά διαλύματα κάθε στοιχείου που να καλύπτει το ευθύγραμμο τμήμα της σχέσης συγκέντρωση απορρόφηση βάσει των οδηγιών του εγχειριδίου του ΦΑΑ. Aκολουθεί η βαθμονόμηση του οργάνου με τη βοήθεια των πρότυπων διαλυμάτων και στη συνέχεια γίνονται οι μετρήσεις των δειγμάτων. Για την ακρίβεια των αποτελεσμάτων για κάθε είκοσι αναλυόμενα δείγματα επαναλαμβάνεται η βαθμονόμηση του οργάνου. Oι συγκεντρώσεις των κατιόντων Ca 2+, Mg 2+ και Na + στο εκχύλισμα κορεσμού σε mg/l υπολογίζονται από την ένδειξη του οργάνου (mg/l) επί τον συντελεστή αραίωσης και μπορούν να εκφρασθούν και σε mmol c /L. Eδώ θα πρέπει να διευκρινισθεί ότι, επειδή στην περίπτωση που τα δείγματα δεν αναλύονται αμέσως, υφίστανται μια αραίωση 1:1 για να αποτραπεί η καταβύθιση του Ca 2+ ως CaCO 3, η αραίωση αυτή πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στους υπολογισμούς. 80

12 Βιβλιογραφία Agricultural salinity assessment and management Kenneth K. Tanji, Editor. American Society of Civil Engineers. New York, N. Y. Baker, E.D., and N.H. Suhr Atomic absorption and flame emission spectrometry p In A.L. Page, R.H. Miller, and R. Keency. (ed.) Methods of soil analysis Part 2. Soil sci. soc. Am., Madison, WI. Bresler, E., B. L. McNeal and D. L. Carter Saline and sodic soils. Principles-Dynamics-Modeling. Springer-Verlag, New York. Bower, C.A., Ogata, G. and Tucker, J.M Sodium hazard of irrigation waters as influenced by leaching fraction and by precipitation on solution as calcium carbonate. Soil Sci. 106: FAO, Prognosis of salinity and alkalinity. Soils ΒuΙΙ. 31, Rome, Italy Μισοπολινός, Ν.Δ., Προβληματικά εδάφη. Μελέτη πρόβλεψη βελτίωση. Εκδόσεις Γιαχούδη Θεσσαλονίκη. Rhoades, D.J Soluble salts. p In A.L. Page, R.H. Miller, and R. Keeney (eds). Methods of soil analysis Part 2. Soil sci. soc. Am., Madison, WI. Σινάνης, Κ. Ν Διαχείριση Εδαφών. Εκδόσεις του ιδίου. Ηράκλειο Κρήτης. Σινάνης, Κ. Ν Εργαστηριακές Ασκήσεις Εδαφολογίας, Ελληνικά Ακαδημαϊκά Ηλεκτρονικά Συγγράμματα-Κάλλιπος, Ηράκλειο Κρήτης. Tanji,k.k., (Ed). Agricultural salinity assessment and management. American Society of Civil Engineers. New York, N.Y. USA. Walsh, A Application of atomic absorption spectra to chemical analysis. Spectrochim. Acta. 7: